Met behulp van de door Nederland geleide Low Frequency Array (LOFAR) radiotelescoop hebben astronomen abnormale radiogolven ontdekt die afkomstig zijn van de nabije rode dwergster GJ1151. De radiogolven vertonen de kenmerkende signatuur van poollichten die worden veroorzaakt door de wisselwerking tussen een ster en zijn planeet. Het bestaan van dergelijke interacties werd al meer dan dertig jaar voorspeld, maar het is voor het eerst dat astronomen de bijbehorende signatuur hebben weten te onderscheiden. Deze methode, die alleen mogelijk is met een gevoelige radiotelescoop als LOFAR, kan worden gebruikt om exoplaneten in de bewoonbare zone van hun moederster op te sporen en hun omgeving te onderzoeken.
De internationale LOFAR-telescoop (ILT) bestaat uit een Europees netwerk van radioantennes die met elkaar verbonden zijn door een snel glasvezelnetwerk dat zich uitstrekt over zeven landen. LOFAR is ontworpen, gebouwd en wordt nu beheerd door ASTRON (Nederlands instituut voor radioastronomie), met Exloo (Drenthe) als kernlocatie. LOFAR is ongeëvenaard als het op gevoeligheid en resolutie (d.w.z. het vermogen om detailrijke beelden te maken) aankomt. Die gevoeligheid is nodig om de aardse exoplaneten die rode dwergen vergezellen te kunnen ontdekken.
Poollichten
Rode dwergen zijn de meest voorkomende sterren in onze Melkweg, maar ze zijn ook veel kleiner en koeler dan onze eigen zon. Dat betekent dat, om bewoonbaar te kunnen zijn, de afstand tussen een planeet en zijn ster aanzienlijk kleiner moet zijn dan de afstand tussen onze aarde en de zon. Omdat rode dwergen veel sterkere magnetische velden hebben dan de zon, wordt zo’n bewoonbare planeet blootgesteld aan intense magnetische activiteit. Dit kan leiden tot opwarming van de planeet en zelfs diens atmosfeer aantasten. De radio-emissie die met dit proces gepaard gaat is een van de weinige beschikbare middelen om de sterkte van dit effect te kunnen inschatten.
‘De beweging van een planeet door het sterke magnetische veld van een rode dwerg werkt als een elektrische motor, vergelijkbaar met de dynamo van een fiets. Hierdoor ontstaat een sterke stroom die poollichten en radio-emissies op de ster aandrijft’, zegt dr. Harish Vedantham, de hoofdauteur van het onderzoek en stafwetenschapper bij ASTRON, het Nederlands instituut voor radioastronomie.
Radio-emissies
Dankzij het zwakke magnetische veld van de zon en de grotere afstanden van haar planeten, worden zulke stromen in ons zonnestelsel niet gegenereerd. Wel leidt de wisselwerking tussen de Jupitermaan Io en het magnetische veld van Jupiter tot vergelijkbare radio-emissies, die bij lage frequenties zelfs de ‘radiohelderheid’ van de zon overtreffen.
‘We hebben de kennis van decennia van radiowaarnemingen van Jupiter aangepast aan het geval van deze ster’, zegt dr. Joe Callingham, postdoc-fellow en medeauteur van het onderzoek. ‘Dat er een opgeschaalde versie van Jupiter/Io zou kunnen bestaan in de vorm van een ster/planeet-systeem, was allang voorspeld, en de radio-emissie die we hebben waargenomen komt heel goed overeen met de theorie.’
Zoektocht naar aardes
Het onderzoeksteam richt zich nu op het opsporen van vergelijkbare emissies van andere sterren. ‘We weten nu dat bijna elke rode dwerg vergezeld gaat van aardse planeten, dus moeten er meer sterren zijn die deze emissie vertonen. We willen graag weten wat dit betekent voor onze zoektocht naar aardes bij andere sterren’, aldus dr. Callingham.
Het team maakt gebruik van opnamen van een lopende verkenning van de noordelijke hemel – de LOFAR Two Metre Sky Survey (LoTSS) – die wordt geleid door dr. Tim Shimwell, ASTRON-stafwetenschapper en medeauteur van het onderzoek. ‘Met de gevoeligheid van LOFAR verwachten we ongeveer honderd van zulke systemen in de omgeving van de zon te kunnen opsporen. LOFAR is de sterkste speler op dit terrein totdat de Square Kilometre Array in bedrijf is’, zegt dr. Shimwell.
Impact op bewoonbaarheid
De astronomen verwachten dat deze nieuwe methode voor de detectie van exoplaneten meer inzicht zal geven in de omstandigheden waaronder deze werelden verkeren. ‘Het langetermijndoel is om te bepalen welke impact de magnetische activiteit van een ster heeft op de bewoonbaarheid van een exoplaneet, en radio-emissies zijn een belangrijk stukje van deze puzzel’, zegt dr. Vedantham. ‘Ons onderzoek heeft aangetoond dat dit haalbaar is met de nieuwe generatie van radiotelescopen, en heeft ons op een spannend spoor gezet.’
